องค์ประกอบพื้นฐานของการทำ Process Controlในกระบวนการผลิต

Process Control Element in Manufacturing

องค์ประกอบพื้นฐานหลักๆ มีดังนี้

Input

ในกระบวนการหนึ่งๆ input จะหมายถึง วัตถุดิบตั้งต้น (raw material ) ทั้งหมด ซึ่งอาจหมายรวมถึงปัจจัยอื่นๆ เช่นไฟฟ้า และ น้ำ ด้วย ซึ่งจะช่วยเปลี่ยนให้วัตถุดิบตั้งต้นจริงๆ กลายเป็น ผลิตภัณฑ์ที่ปลายทางของกระบวนการ

กระบวนการผลิตส่วนใหญ่จะไว้วางใจให้ผู้จัดหา raw material ที่เชื่อถือได้ จัดหา raw material ตามคุณสมบัติที่เราต้องการ เพื่อใส่เข้าไปใน process  แต่อย่างไรก็ดี raw material เหล่านี้ก็ควรถูกสุ่มตรวจสอบอีกครั้ง เพื่อทำให้ในแต่ batch ของ raw material มีคุณสมบัติใกล้เคียงกัน 

การที่ raw material แต่ละ batch มีความแตกต่างกัน เช่น สีต่างกัน ขนาดต่างกัน หรือ ส่วนประกอบทางเคมีแตกต่างกันนั้น ทำให้ผู้ออกแบบกระบวนการผลิตจำต้องมีการคิดกลไกเพื่อป้องกันผลกระทบ โดยจะมีการ set ค่า tolerance ของ spec raw material ขึ้นมา และ คอยตรวจสอบให้ raw material แต่ล่ะ batch อยู่ในช่วยค่า tolerance ที่รับได้

Uncontrolled variables

Uncontrolled variable เป็น องค์ประกอบพื้นฐานอีกองค์ประกอบหนึ่งที่มีผลต่อกระบวนการผลิต แต่เราไม่สามารถเปลี่ยนแปลงแก้ไขได้ ส่วนใหญ่ได้แก่ สภาพแวดล้อมโดยรอบกระบวนการ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น แม้กระทั่งการเปลี่ยนกะการทำงานของพนักงาน และ เครื่องจักรต่างๆที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิต

ขยายความก็คือ ในแต่ละกะของกระบวนการผลิต จะถูกควบคุมโดย operator คนละคนกัน ซึ่งมีอิทธิพลต่อกระบวนการแตกต่างกันออกไป ดังนั้น Output จึงออกมาไม่เหมือนกันเสียทีเดียว ในขณะเดียวกัน ถ้าใช้เครื่องจักรในกระบวนการผลิตคนละตัวกัน output ที่ออกมาก็อาจเกิดความแตกต่างขึ้นได้ เพราะเครื่องจักรแต่ละตัวก็อาจมีอายุการใช้งานไม่เท่ากัน ได้รับการบำรุงรักษาแตกต่างกันออกไป เป็นต้น

Controlled Variables

ตัวแปรพวกนี้รวมถึง อุณหภูมิภายในกระบวนการ อัตราการไหล ความดัน และ ปัจจัยอื่นๆที่สามารถ set ค่าได้ จากเครื่องจักรในกระบวนการผลิต

Controlled Variables นี้เป็นค่า ที่เรื่อง ระบบ Process Control System จะเข้ามามีส่วนเกี่ยวข้องควบคุมได้

ขั้นแรก จะมีการใช้ sensors เพื่อตรวจจับวัดค่าต่างๆ ที่เราต้องการทราบเพื่อจะเอามาใช้เป็นปัจจัยในการ control ซึ่งหมายรวมไปถึง สถานะของ ผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ได้จากกระบวนการด้วย

ขั้นตอนที่สอง ก็จะต้องมีการใช้ระบบควบคุมต่างๆ เข้ามาเกี่ยวข้อง รวมทั้ง ใช้ programmable logic system software รวมทั้งใช้คน ที่เป็น operator เข้ามามีบทบาทในการตัดสินใจในการควบคุม เข้ามาควบุมปรับแต่ง ตัวแปรไหน ปรับเท่าไร เพื่อให้เกิดการ action หนึ่งๆขึ้น กับ อุปกรณ์ปลายทาง เช่น actuator เป็นต้น

ระบบควบคุมก็จะมีทั้งอย่างง่ายและซับซ้อนมาก แต่ จุดประสงค์ปลายทางก็เพื่อปรับแต่ง controlled variable ที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ให้อยู่ได้ค่าอยู่ในช่วงที่เราต้องการเพื่อให้ ผลสุดท้าย ตัวproduct ปลายทางออกมาได้ตามที่ควรจะเป็นนั่นเอง

Output

Output ของกระบวนการผลิต ไม่ได้หมายความแค่ ตัวผลิตภัณฑ์ หรือ product ที่เราต้องการอย่างเดียว แต่ ยังหมายรวมถึง

• Yield

คือ อัตราส่วน ระหว่าง product ที่มีคุณสมบัติ ( specification) ตามที่เราต้องการ กับ จำนวนของ raw material ที่เราใส่เข้าไปในกระบวนการ

ซึ่งอัตราส่วนนี้ สามารถแสดงประสิทธิภาพในการผลิตของการะบวนการหนึ่งๆ ได้อย่างชัดเจน และ ก็ยังสะท้อนไปถึง ประสิทธิภาพของ Process Control System ด้วย

• Production rate

อัตราการผลิต หมายถึง จำนวนของสินค้าที่ผลิตได้ในช่วงเวลาหนึ่งๆ

• Waste

หมายถึง ของที่เสียหายจากกระบวนการผลิต รวมไปถึง scrap และ input ที่ใส่เข้าไปด้วย เช่น พลังงาน และ น้ำ ซึ่งไม่ได้ถูกนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์ระหว่างกระบวนการผลิต

กระบวนการที่ดี จะมี ระบบ Process Control System ที่ดี และมีจุดประสงค์ข้อใดข้อหนึ่งเพื่อทำให้ waste เกิดน้อยที่สุดด้วย

• Downtime

หมายความถึง ช่วงระยะเวลาที่กระบวนการผลิตไม่ได้ดำเนินการเนื่องจากการเครื่องจักรเสีย หรือ มีการซ่อมบำรุง

องค์ประกอบพื้นฐานของการทำ Process Controlในชุดระบบวัดคุม

Process Control Element in Instrumentation

เช่นเดียวกับ Process Control in Manufacturing เป้าหมายในการทำ ก็เพื่อที่จะควบคุมอะไรซักอย่างหนึ่งในการดำเนินกระบวนการหนึ่งๆ โดย Process Control in Instrumentation จะสั่งควบคุมบงการ input ค่าหนึ่ง เพื่อให้ได้ค่า output แบบหนึ่งที่ต้องการ แต่อย่างไรก็ตาม Process Control in Instrumentation จะมีองค์ประกอบพื้นฐาน ที่ประกอบขึ้นเป็นระบบควบคุมที่ไม่เหมือนกันในแต่ละระบบย่อย 

อย่างไรก็ดี เราอาจแยกองค์ประกอบพื้นฐานหลักๆ ได้ดังนี้

Instrumentation

ในเรื่องการวัดคุม ,Process Control อาจหมายรวมถึง การรักษาระดับน้ำใน tank เอาไว้ที่เดิม

การรักษาอุณหภูมิไว้ที่อุณหภูมิหนึ่งๆ เป็นต้น

โดยทั่วไป ตัวแปรรบกวนต่างๆมีแนวโน้มที่จะ ทำลายผล outcome/output ของ Process

ดังนั้น การ Control outcome/output นี้ จึงต้องมีการปรับเปลี่ยนตัวแปรใดๆ หนึ่งตัวหรือหลายตัวในหลากหลายสถานการณ์ แล้วแต่ผลที่เกิดขึ้น ณ ขณะหนึ่งๆ และปรับเปลี่ยนไปเรื่อยๆอย่างต่อเนื่อง วัดปรับ วัดปรับ ซ้ำๆ

Measurement

การวัดค่า เป็นการทำให้ค่าตัวแปรของกระบวนการ หรือ Process Variables ให้เป็นค่า analog หรือ digital เพื่อสามารถให้อุปกรณ์อื่นๆเข้าใจ รับรู้ได้ และถูกนำไปใช้ในระบบการประมวลผล ควบคุมได้

ซึ่งเราจะใช้ตัววัดค่า/ sensors ในการวัดค่าต่างๆเหล่านี้เช่น ค่าความดัน ค่าอุณหภูมิ แรงที่เกิดขึ้น หรือค่าอัตราการไหล แล้วนำค่านี้ไปใช้ประมวลผลต่อไป

Evaluation

การประเมินผล/ Evaluation เป็นการพิจารณาค่าที่วัดได้ แล้วเอามาเปรียบเทียบกับค่าอุดมคติที่เราต้องการ หรือ ค่า set point

ค่า set point นี้ จะถูกนำไปใช้คิดคำณวน เพื่อปรับแต่งกระบวนการที่ต้องการควบคุมนั้นให้ถูกต้องเข้าใกล้ค่าที่ต้องการมากขึ้น โดยเราจะใช้ค่านี้ผ่าน controller

Evaluation อาจจะเป็นแบบอย่างง่าย เช่นใช้ Operator ในการคิดตัดสินใจ และ ลงมือทำปรับเปลี่ยนเองแบบ manual หรือ เป็น Evalutation แบบซับซ้อนขึ้น เช่น ใช้ Software หรือ AI ( Artificial Intelligence )เป็นต้น

Control

องค์ประกอบในการควบคุม หรือ Controller เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ใน Evaluation stage ซึ่งสัญญาณที่ใช้เป็นที่แพร่หลาย ได้แก่ สัญญาณไฟฟ้า electrical signal, สัญญาณลม pneumatic signal ซึ่ง สัญญาณเหล่านี้จริงๆ แล้ว จะทำแบบ manually โดย operator ก็ได้หรือ แบบอัตโนมัติ ผ่าน Controller, PLC ( Programmable logic controller ) หรือ Software อื่นๆ ก็ได้

Reference & Article Reference

www.petrotechinc.com

PRUEKTHANON YOUTUBE CHANNEL 

PID Control             PID Tuning         AZBIL Controller SDC36 AZBIL AZBIL Controller การตั้งค่า           Process Control Basic        ISA symbol           P&ID